本發(fā)明涉及一種智能供水裝置及方法。

背景技術：

利用變頻器驅動的水泵對后端用戶進行增壓供水已日益成為生產(chǎn)、生活供水的主要方式，此種供水方式通常采用恒壓供水的變頻器控制策略，即以水泵出水側水壓保持恒定為目標對變頻器進行PI或PID控制。例如，在印染行業(yè)中，水蒸氣和水是兩個必不可少的要素。企業(yè)為了節(jié)能，降低成本的考慮，通常會建造一個儲水池將使用完后的水蒸氣進行回收利用，此時儲水池中回收的液化的水是有一定溫度，在某些工藝中，利用這些回收的水，不但水質(zhì)好，而且可以減少水的加熱能耗，當然水的費用也是有節(jié)約的，在經(jīng)濟效益上存在較高的可行性。通常采用的方案是增加一個增壓水泵，對儲水池的出水進行增壓后向后端供水，通常根據(jù)實際需求采用變頻器來控制增壓水泵的輸出。圖1顯示了一種可采用的智能供水系統(tǒng)，圖中，1為儲水池、2為水管、3為變頻器、4為壓力檢測裝置、5為增壓水泵、6為出水口調(diào)節(jié)閥門，變頻器3內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器。壓力檢測裝置4實時檢測出水側水壓P并傳輸給PI調(diào)節(jié)器，如圖2所示，PI調(diào)節(jié)器將出水側水壓P作為反饋值與預設的指令壓力值Pref進行比較后輸出相應的頻率指令f給變頻器3，增壓水泵5的轉速相應變化，從而控制出水側的水壓保持恒定或者出水流量保持恒定。

目前，研究人員對于智能供水方法的研究主要集中在變頻器運行中的控制目標快速準確地實現(xiàn)。對于變頻器的啟動和停止操作研究較少，現(xiàn)有技術基本上是通過設置的水壓上、下限來實現(xiàn)變頻器的啟動和停止控制，當出水側水壓監(jiān)測值低于水壓下限，則啟動變頻器，當出水側水壓監(jiān)測值高于水壓上限，則停止變頻器。

在實際的使用環(huán)境下，上述變頻器的啟動和停止控制方式往往容易導致變頻器、水泵的頻繁啟動、關停，會降低設備的正常使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種智能供水裝置，針對實際情況對變頻器的啟動和停止控制方式進行了優(yōu)化，可一定程度上延長設備的正常使用壽命。

本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種智能供水裝置，包括：

泵，用于將水增壓后輸送；

變頻器，用于驅動所述泵變速運行；

壓力傳感器，用于對所述泵的排出側水壓進行采樣；

控制單元，用于對所述變頻器進行控制，其對變頻器的啟動、停止的控制方法具體如下：

當排出側水壓采樣值低于預設的第一啟動水壓閾值并維持一段時間T₁，且在此后的一段時間T₂內(nèi)，排出側水壓采樣值的最大值未超過預設的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動；

在變頻器運行過程中，如出現(xiàn)排出側水壓采樣值高于預設的關停水壓閾值且持續(xù)一段時間T₃，或者變頻器的運行頻率低于預設的最小運行頻率且持續(xù)一段時間T₄，則控制變頻器停止；

第一啟動水壓閾值<第二啟動水壓閾值<關停水壓閾值。

優(yōu)選地，在變頻器運行過程中，控制單元以使所述泵的排出側水壓保持恒定的預設壓力為目標對變頻器進行控制。

優(yōu)選地，所述控制單元為PI或PID控制單元。

根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術方案：

一種智能供水方法，通過變頻器驅動泵做變速運行以將水增壓后輸送；所述變頻器的啟動、停止控制方法具體如下：

當泵的排出側水壓采樣值低于預設的第一啟動水壓閾值并維持一段時間T₁，且在此后的一段時間T₂內(nèi)，排出側水壓采樣值的最大值未超過預設的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動；

在變頻器運行過程中，如出現(xiàn)泵的排出側水壓采樣值高于預設的關停水壓閾值且持續(xù)一段時間T₃，或者變頻器的運行頻率低于預設的最小運行頻率且持續(xù)一段時間T₄，則控制變頻器停止；

第一啟動水壓閾值<第二啟動水壓閾值<關停水壓閾值。

優(yōu)選地，在變頻器運行過程中，以使所述泵的排出側水壓保持恒定的預設壓力為目標對變頻器進行控制。

優(yōu)選地，對變頻器進行PI控制或PID控制。

相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明針對實際使用環(huán)境對智能供水裝置中水泵變頻器的啟動和停止控制方式進行了優(yōu)化，可有效減少不必要的變頻器、水泵的啟動，從而在一定程度上延長設備的正常使用壽命。

附圖說明

圖1為智能供水系統(tǒng)實例，其中，1為儲水池、2為水管、3為變頻器、4為壓力檢測裝置、5為增壓水泵、6為出水口調(diào)節(jié)閥門；

圖2為PI調(diào)節(jié)器原理示意圖；

圖3為用水閥門短時間打開后又關閉的情況下出水側水壓的變化情況；

圖4為用水閥門打開正常用水的情況下出水側水壓的變化情況；

圖5為本發(fā)明智能供水裝置中變頻器的啟動和停止控制流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：

以圖1所示智能供水裝置為例，假設其所采用的是現(xiàn)有的變頻器自動啟動控制方案，即控制單元將壓力檢測裝置4采樣得到的排出側水壓采樣值P與預設的啟動水壓閾值P_min相比較，一旦檢測到排出側水壓采樣值P低于P_min（或者排出側水壓采樣值P低于P_min的狀態(tài)達到預設的一段時間），則控制變頻器啟動，進而驅動水泵啟動運轉。

但經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，采用上述方案的智能供水裝置在實際使用中存在一種現(xiàn)象：當用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門時，又迅速關閉，其壓力檢測裝置所采樣的水泵排出側水壓如圖3所示；從圖中可以看出，若采用常規(guī)判定方法，則會啟動變頻器和電機，進行增壓供水，也就是說，當用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門后又迅速關閉，此刻變頻器和電機是被啟動的。在這種情況下，用戶其實是不希望啟動電機的，為了避免此種情況的發(fā)生，通過研究分析，對比當用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門，正常用水（即不進行迅速關閉的操作）的壓力變化（如圖4所示）。發(fā)現(xiàn)存在一個特征：當用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門的關斷時間的不同，其壓力傳感器所采樣的排出側壓力也是不同的，其具體規(guī)律是出水口調(diào)節(jié)閥門開、關之間的時間間隔與壓力傳感器采樣的峰值點Pp有關（二者成反比，關斷的越快，管道內(nèi)最高水壓點Pp越高）。

本發(fā)明即基于此種特征，設計了水泵變頻器的啟動判據(jù)：當泵的排出側水壓采樣值低于預設的第一啟動水壓閾值并維持一段時間T₁（為了防止水壓瞬時波動對檢測的干擾，優(yōu)選T₁ 大于等于1ms）且在此后的一段時間T₂內(nèi)（T₂ 優(yōu)選0.1s～5s），排出側水壓采樣值的最大值未超過預設的第二啟動水壓閾值，則控制變頻器啟動，否則，變頻器不啟動。這樣可以有效的避免上述問題，從而減少不必要的變頻器、水泵的啟動，在一定程度上延長設備的正常使用壽命。

本發(fā)明智能供水裝置中變頻器的啟動和停止控制流程如圖5所示，具體如下：

當用戶打開出水口調(diào)節(jié)閥門時，先由儲水池的當前儲水靜壓的作用，開始出水，此時壓力傳感器的采樣供水壓力值P會迅速下降，當?shù)陀趦λ刈钚」┧o壓力Pmin時并持續(xù)一段預設時間T₁，并且在之后的一段時間T₂內(nèi)，壓力傳感器的采樣供水壓力的最大值Pp小于PL(PL為預設的第二啟動水壓閾值)，也就說明在這段時間內(nèi)，沒有關閉閥門或將閥門關小的動作（因為關閉閥門的動作將使得管道內(nèi)的水壓增大)，則啟動變頻器驅動增壓水泵運行；如果在規(guī)定時間T₂內(nèi)，Pp大于PL，則說明有關閉閥門或將閥門關小的動作，此種情況下變頻器不啟動。

變頻器啟動后，通過不斷的PI或PID動態(tài)調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒壓供水。具體可采用現(xiàn)有的各種控制策略，此處不再贅述。

當用戶用水需求量減小，管道內(nèi)的靜壓能滿足用水需求或者無需用水的時候，用戶關小或關閉出水口調(diào)節(jié)閥門，此時由于變頻器繼續(xù)驅動增壓水泵工作而閥門關小或關閉，因此壓力檢測裝置的采樣的管道內(nèi)的供水壓力值逐漸變大，即PI或PID控制器的反饋壓力逐漸變大，當反饋壓力值大于設定的指令壓力值Pref時，PI或PID控制器的輸出頻率指令f開始減小，增壓水泵的轉速開始降低，當反饋水壓值繼續(xù)增大時，頻率指令f繼續(xù)減小，當f小于設定最小值fmin并保持設定的時間T₄后（其中T₄ 優(yōu)選大于等于1s），則控制變頻器停機?；蛘?，在增壓水泵大功率工作時，當用戶不需要用水的時候，關閉出水口閥門，則管道內(nèi)的水壓會迅速上升，此時PI或PID控制器還未來得及將輸出頻率指令調(diào)節(jié)至最小值fmin以下，而管道內(nèi)的水壓已經(jīng)突破了最大壓力設定值，則在水壓大于最大壓力設定值的情況維持了一段設定的時間T₃后（其中T₃ 優(yōu)選為1ms～1s，下限選取1ms是為了防止水壓的瞬時波動對檢測產(chǎn)生的影響，上限取1s則是為了能對過壓情況迅速的反應），智能停機變頻器。